[发明专利]一种活动式机器人自动喷涂装置、控制系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于机器人自动喷涂应用技术领域，更具体地，涉及一种基于视觉识别的活动式机器人自动喷涂装置、控制系统及方法。

背景技术

表面喷涂是产品加工链中至关重要的一环，而人工喷涂存在一定的缺陷：第一，人工喷涂作业质量不稳定，喷枪设置和工艺参数等诸多因素皆由人工经验决定，导致整个产品的质量参差不齐；第二，为保证喷涂厚度均匀无死角，操作人员会反复施釉，造成了釉料的大量浪费和生产效率低下；第三，喷涂作业环境恶劣，长时间工作对工人身体健康有严重危害。

近年来，随着机器人应用的普及、对喷涂产品质量的要求提高和人工成本的不断提高，替代传统手工作业的机器人自动喷涂系统应运而生。喷涂是机器人最重要的应用之一，机器人喷涂技术广泛应用于五金、家私、塑胶、军工、船舶等众多领域。

目前的机器人喷涂应用的编程方式主要有示教编程和离线编程两种方式。示教编程：由技术人员通过示教器操纵机器人移动，记录轨迹关键点的机器人关节转角、速度等参数，然后利用示教器存储的示教程序控制机器人自动重复示教轨迹。示教编程过度依赖技术人员的工作经验，示教操作时间长。离线编程：利用计算机辅助制造技术，通过对机器人、喷涂工件和工作场地进行分析处理、规划轨迹、生成机器人轨迹代码以及传输到机器人控制器等步骤，使机器人执行喷涂作业。但是离线编程高度依赖精准的零件模型和编程人员的技术经验，在零件品种多时编程工作量大，在没有零件模型的情况下需要重新对零件建模。另外，目前的机器人喷涂系统的应用场景都是固定的，不能满足多变的应用场景需求。

总之，固定式机器人的现有编程模式在表面喷涂的应用中存在着场地要求高，工作柔性差，编程工作量大等诸多局限性。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种活动式机器人自动喷涂装置、控制系统及方法，采用基于视觉识别的轨迹规划方法，针对待喷涂工件自动计算对应的喷涂轨迹，提高了工作柔性，减少了编程工作量，为非标准件自动喷涂提供了一种解决方案。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种活动式机器人自动喷涂控制系统，包括视觉识别单元、主控单元、图形重建单元、轨迹编程单元和喷涂单元；

视觉识别单元用于根据预先生成的扫描路径扫描待喷涂工件，采集工件的图像信息并进行处理以获取待喷涂工件的几何信息；

主控单元用于实现图形重建单元、轨迹编程单元和喷涂单元的逻辑控制；

图形重建单元用于对视觉识别单元生成的几何信息进行优化处理以获取工件的三维模型，以及工件、视觉识别单元和机器人之间的位置关系；轨迹编程单元用于根据三维模型，自动识别喷涂区域并计算喷涂轨迹策略，得到喷涂轨迹文件；喷涂单元用于根据图形重建单元生成的工件与机器人的位置关系，以及喷涂轨迹文件规划喷涂路径，并将喷涂路径转换为机器人可执行的代码文件。

优选的，上述活动式机器人自动喷涂控制系统，其图形重建单元用于对视觉识别单元采集的待喷涂工件某一方位的点云数据进行网格化处理，得到待喷涂工件的部分区域的三维模型；轨迹编程单元用于选取图形重建单元生成的三维模型上的一点，规划扫描平面和扫描距离，计算扫描轨迹；喷涂单元用于根据扫描轨迹自动规划扫描路径，将扫描路径转换为机器人可执行的代码文件；

根据代码文件控制视觉识别单元根据所述扫描路径自动扫描待喷涂工件。

优选的，上述活动式机器人自动喷涂控制系统，还包括机器人控制单元，机器人控制单元用于根据喷涂单元生成的扫描路径对应的代码文件控制视觉识别单元根据扫描路径自动扫描待喷涂工件；并用于根据喷涂单元生成的喷涂路径对应的代码文件控制工业机器人执行喷涂动作。

优选的，上述活动式机器人自动喷涂控制系统，其轨迹编程单元包括相互通信的喷涂区域识别模块和喷涂轨迹计算模块；喷涂区域识别模块与图形重建单元具有通讯连接，喷涂轨迹计算模块与喷涂单元具有通讯连接；

喷涂区域识别模块用于根据图形重建单元生成的工件的三维模型，通过选取喷涂区域颜色特征，优化喷涂区域边界，去除喷涂区域噪声，得到工件喷涂区域的三维模型；

喷涂轨迹计算模块用于根据工件喷涂区域的三维模型，设置喷涂工艺参数，根据工艺参数自动计算符合工艺要求的喷涂轨迹，得到喷涂轨迹文件。

优选的，上述活动式机器人自动喷涂控制系统，其喷涂单元还用于采集机器人在喷涂过程中的位姿信息，对整个喷涂过程做实时仿真；

喷涂单元包括相互通信的仿真模块和后处理模块；仿真模块分别与图形重建单元和喷涂轨迹计算模块具有通讯连接，后处理模块与机器人控制单元具有通讯连接；